[發明專利]鋰離子二次電池

有效

• 申請號: 201610297039.3
• 申請日: 2012-03-19
• 公開（公告）號: CN105742570B
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發明（設計）人: 山崎舜平;二村智哉;森若圭惠
• 申請（專利權）人: 株式會社半導體能源研究所
• 主分類號: H01M4/131
• 分類號: H01M4/131;H01M4/36;H01M4/485;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 李玲

鋰離子二次電池。提供一種具有高放電容量、高能級密度的鋰離子二次電池以及其制造方法。鋰離子二次電池包括正極、負極以及設置在正極和負極之間的電解質。正極包括正極集電體及設置正極集電體上的正極活性物質層。在正極活性物質層中，交替設置有石墨烯和含鋰復合氧化物。含鋰復合氧化物為扁狀單晶粒，其中b軸方向上的長度比a軸方向的長度及c軸方向上的長度短。此外，含鋰復合氧化物以單晶粒的b軸與正極集電體的表面交叉的方式設置在正極集電體上。

本申請是申請日為2012年3月19日、申請號為“201280014987.1”、發明名稱為“鋰離子二次電池”的發明專利申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及一種鋰離子二次電池及其制造方法。

背景技術

近年來，對鋰離子二次電池進行了研究開發。因為具有橄欖石結構的含鋰復合氧化物的高熱穩定性，所以諸如LiFePO₄、LiMnPO₄、LiCoPO₄、LiNiPO₄被期待用作鋰離子二次電池的正極活性物質。

為了增高鋰離子二次電池的放電容量及能量密度，已經試圖包括在與作為載流子的離子的嵌入及脫嵌有關的活性物質層中的活性物質的粒徑以及粒度變化(參見專利文獻1)。

[專利文獻1]PCT國際公布第08/077447號小冊子

發明內容

然而，包含在鋰離子二次電池中的含鋰復合氧化物具有高電阻，因此放電容量及能量密度的增高受到限制。

鑒于上述問題，本發明的一個方式的目的是提供一種具有較高放電容量及較高能量密度的鋰離子二次電池以及制造這種鋰離子二次電池的方法。

本發明的一個方式是一種包括正極、負極及設置在正極和負極之間的電解質的鋰離子二次電池。正極包括正極集電體及設置在正極集電體上的正極活性物質層。該正極活性物質層含有石墨烯及含鋰復合氧化物。特別地，在正極活性物質層中，多個含鋰復合氧化物設置在不同石墨烯之間。含鋰復合氧化物以通式LiMPO₄(M為Fe(II)、Mn(II)、Co(II)、Ni(II)中的一種以上)表示。含鋰復合氧化物是扁狀單晶粒，其中b軸方向上的長度比a軸方向及c軸方向上的長度短。典型地，b軸方向上的長度為5nm以上且50nm以下。此外，含鋰復合氧化物以單晶粒的b軸與正極集電體的表面交叉的方式設置在正極集電體上。典型地，單晶粒的b軸以60度至90度的角度與正極集電體的表面交叉。

另外，含鋰復合氧化物都具有橄欖石結構。含鋰復合氧化物都具有正交晶體結構并屬于空間群Pnma(62)。在含鋰復合氧化物的單晶粒的每一個中，a軸方向及c軸方向上的長度都比b軸方向上的長度長。含鋰復合氧化物可以層疊在不同的石墨烯之間。

石墨烯是指大約1原子層的碳分子至10原子層的碳分子的一個薄片，在該原子層中，共價鍵的碳原子形成重復單位的六元環。

在根據本發明的一個方式的鋰離子二次電池的正極中，正極活性物質層含有扁狀單晶粒的橄欖石型含鋰復合氧化物，該單晶粒的b軸方向上的長度比a軸方向及c軸方向上的長度短。而且，b軸與正極集電體的表面交叉。因此，鋰離子容易在集電體與電解質之間擴散。使用石墨烯作為導電助劑可以增高正極活性物質層中的正極活性物質的比例并可以降低正極活性物質層的電阻。當正極包括具有這種結構的正極活性物質層時，可以降低鋰離子二次電池的內阻，使其具有高功率而能夠高速地進行充放電。此外，鋰離子二次電池可以具有高達理論放電容量的放電容量。

根據本發明的一個方式，能夠增大鋰離子二次電池的放電容量，而且鋰離子二次電池可以具有高功率并高速地進行充放電。此外，能夠制造具有高放電容量及高功率，并可以高速地進行充放電的鋰離子二次電池。

附圖說明

圖1A至1C說明鋰離子二次電池的正極；